從庫侖定律談物理定律的教學論文 摘要：物理定律是物理理論賴以建立的基礎通過庫侖定律的教學要引導并幫助學生了解物理定律的討論、建立和發展理解物理定律在揭示事物的本質、規律和內在規律中所發揮的重要作用從而提高教學的思想性 關鍵詞：庫侖定律物理定律教學 摘要：物理定律是物理理論賴以建立的基礎通過庫侖定律的教學要引導并幫助學生了解物理定律的討論、建立和發展理解物理定律在揭示事物的本質、規律和內在規律中所發揮的重要作用從而提高教學的思想性 關鍵詞：庫侖定律物理定律教學 物理定律是在觀察和實驗基礎上發現的實驗規律各種物理定律從各自不同的角度和側面揭示了事物的本質、規律和內在聯系物理定律是物理理論賴以建立的基礎也是檢驗各種物理理論是非真理的標準因此物理定律的建立是有關研究領域獲得重要進展的標志在物理教學中物理定律的闡述理說當然得占有重要的地位 當然在教學中不可能也沒有必要凡遇到物理定律都作系統全面的考察但結合各定律的特點有選擇地作一些引申和發揮注意把具體內容的講授與科學思維能力的培養結合起來是有益的這也應該成為物理教學改革的一個重要方面 下面以熟知的庫侖定律為例進行討論 1785年庫侖設計制作了一臺精巧的扭秤它能測量108牛頓的弱力通過扭秤實驗庫侖得出：“兩個帶同種電荷的小球之間的相互排斥力和它們之間距離的平方成反比”庫侖測出電引力單擺的振動周期與擺錘（點電荷）到電引力中心（另一異號點電荷）的距離成反比從而證明兩異號點電荷之間的電引力也與距離的平方成反比又一次顯示了類比的威力 庫侖定律包括三個內容即Fr2,FQ1Q2,F的方向沿兩點電荷的連線除Fr2已被上述實驗證實外另兩者來自何處呢由于庫侖力是電場力與物體帶電狀況有關在其表達式中需要引入定量描述物體帶電狀況的物理量電量應該指出FQ1Q2正是電量的定義而并非實驗結果因為在尚未定義電量之前是無法用實驗來證明電場力與電量乘積成正比的同樣在萬有引力定律的表達式中也包含了引力質量的定義諸如此類俯拾皆是借此比較電量之類的異同指出電場力與引力都與距離的平方成反比電量和質量都遵循各自的守恒律但電量有正負（這使得電場力有吸引、排斥之區別且可以屏蔽）電量無相對論效應電量具有量子性等等以開闊視野使學生對電量這個物理量具有較為廣泛的了解是適宜的 至于電場力的方向沿兩點電荷的連線雖則包括庫侖定律在內的一些現象表明大抵如此但并非嚴格證明實際上這是空間各向同性的結果由于電場力沿連線與點電荷Q在任一點P的場強沿徑向等價將QP繞自身作任意旋轉若P點的場強不沿徑向則其方向將因旋轉改變與空間各項同性矛盾這一事例可以幫助學生理解物理學的規律是分層次、有聯系的具體規律要受最高層次普遍規律的制約庫侖定律的成立條件是真空和靜止真空條件是為了排除其他電荷的影響使兩點電荷只受到對方的作用別無其他當真空條件被破壞即除了兩點電荷外還存在其他因感應或極化產生的電荷時該兩點電荷之間的作用仍遵循庫侖定律這正是力的獨立作用原理亦即場強疊加原理所以真空條件并非必要但為了使問題單純便于初學者理解加上亦無不可靜止條件是指兩點電荷相對靜止且相對于觀察者靜止靜止條件可推廣為靜止源電荷對運動電荷的作用但不能推廣為運動源電荷對靜止或運動電荷的作用（因為有推遲效應）換言之兩靜止電荷的相互作用遵循牛頓第三定律而運動電荷的相互作用則違背牛頓第三定律如何理解這一結果呢眾所周知牛頓第三定律的實質是動量守恒若兩物體構成了封閉系統則其一動量的減少應等于另一動量的增加反之亦然于是其間的相互作用力必定相等反向接觸物體之間的摩擦力、張力、支持力與壓力等就是如此由于兩電荷之間的電力是以電場為媒介傳遞的在兩電荷運動的條件下作為媒介物的電場是第三者其動量在變化因而兩運動電荷的相互作用必定不遵循牛頓第三定律；在兩電荷都靜止時電場的動量恒定不變其間的相互作用才遵循牛頓第三定律所以關于庫侖定律靜止條件的討論為正確理解牛頓第三定律為證實電場的存在提供了機會另外所謂靜止都是相對某一慣性系而言的于是不難設想在該慣性系中單純的靜電作用在另一慣性系中則成了復雜的電磁作用這似乎很離奇其實恰恰足以說明電磁現象的統一性 庫侖定律的適用范圍是指電力平方反比率適用的空間尺度庫侖以及卡文迪許麥克斯韋等的實驗確保了它在距離r為幾厘米到幾十厘米的尺度范圍內適用；盧瑟福的離子散射實驗表明在小到1013厘米的尺度仍適用；地球物理的實驗表明在大到109厘米的尺度仍適用但有跡象表明在1014厘米的尺度范圍電力似乎比預期的要弱總之從小到原子、大到地球甚至太陽的空間尺度電力平方反比率可以放心使用在原子核的空間尺度則需謹慎 庫侖定律具有重要的電理論地位它（與場強疊加原理）從原則上解決了帶電體相互作用的問題決定了靜電場的性質成為研究各種電現象和電過程的基礎它還是麥克斯韋電磁場理論賴以建立的根據之一 本文從庫侖定律所做的討論只是希望為此提供一些啟發由于對象與問